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期刊信息/Journal information
中南大学学报（自然科学版）
中南大学
中南大学学报（自然科学版）

中南大学

黄伯云

月刊

1672-7207

zngdxb@csu.edu.cn

0731-88879765

410083

湖南省长沙市中南大学校内

中南大学学报（自然科学版）/Journal Journal of Central South University（Science and Technology)CSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本刊是中南大学主办的一本以有色金属和稀有金属为主的综合性学术刊物，主要刊登地质采矿、矿物工程、有色冶金、材料科学与工程、机械工程、自动控制工程、计算机科学、应用数理化等方面的学术论文和科研成果，可供有关高等院校师生，研究院研究人员、厂矿企业及地质队工程技术人员在教学、科研和生产工作中参考。
正式出版
收录年代

    超高料层双层烧结富氧强化及烟气排放行为研究

    刘杰周明顺刘会波徐良平...
    851-859页
    查看更多>>摘要：针对超高料层双层烧结矿强度低的问题，采用富氧方法强化双层烧结。研究富氧浓度和燃料用量对烧结矿产质量的影响，分析普通双层烧结和富氧强化双层烧结的烧结矿主要矿物组成和微观结构，研究两者烧结烟气中O2、CO2和CO的排放行为。研究结果表明:富氧方法能明显强化超高料层双层烧结，大幅度提高烧结矿成品率和转鼓强度;二次点火后对料层进行富氧，氧气体积分数为25%，烧结矿成品率、转鼓强度、利用系数和固体燃耗分别为69。06%、66。40%、2。09 t/(m2∙h)和53。79 kg/t，与普通双层烧结指标相比，成品率、转鼓强度和利用系数分别提高4。11%、7。73%、0。18 t/(m2∙h)，固体燃耗降低3。23 kg/t;富氧使烧结矿中磁铁矿氧化充分，铁酸钙大量生成，烧结矿结构均质、紧密;富氧增大烧结烟气O2质量分数，可有效解决下部料层缺氧问题，提高燃料燃烧效率，减少CO排放量。

    铁矿烧结超高料层双层烧结富氧烧结烟气矿物结构

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    铁精矿内配某生物质高温高压热解及其还原行为研究

    黄柱成李屹鑫舒阳
    860-870页
    查看更多>>摘要：以生物质为还原剂，在温度为1 040℃、压力为30 kPa下对铁精矿内配生物质热解气化及其还原行为进行研究。研究结果表明:初期热解产生了酚类等大分子碳氢氧化合物液相，并与铁精矿形成了焦油包裹体，显著迟滞了生物质挥发分的释放;外配水和铁精矿中的晶格氧促进了大分子碳氢氧化合物逐步氧化为酮类、酸类化合物，并最终转化为CO和H2等还原性气体;铁精矿还原生成了铁晶须，部分形成了碳铁化合物，实现了铁氧化物的高效快速还原，入炉50 min时，金属化率达96。72%。

    生物质高温高压热解直接还原

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    镍闪速熔炼过程数值仿真

    陈爱良王子彪刘瑶何利华...
    871-881页
    查看更多>>摘要：采用数值模拟软件对国内某大型镍厂闪速炉内气相的速度、温度、浓度及不同粒径颗粒的速度和温度分布特性进行研究。研究结果表明:通过COMSOL软件模拟后，喷嘴喷入的混合气流入炉后发生膨胀，在闪速炉内形成涡流，并会向反应塔上部运动发生回流;氧化反应主要发生在离反应塔中心1。2 m区域内，在距塔顶5。59 m处氧化反应基本完成，且氧气未被完全消耗，沉淀池出口氧气体积分数为7。70%;喷嘴下方和反应塔中下部存在局部高温区域，反应塔中上部区域出现低温区域;小粒径混合物料颗粒与大粒径混合物料颗粒相比受气体影响程度较大，达到的最大速度更大，且由于着火点低，温度上升较快，控制混合物料颗粒粒径在60～80 μm之间熔炼反应效果较好。

    镍闪速熔炼数值模拟分布特性反应塔

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    铜冶炼烟尘金属分离及资源回收研究进展

    蔡兵陶雷王郎郎王学谦...
    882-894页
    查看更多>>摘要：以铜冶炼烟尘为研究对象，分析其理化及矿物学性质，对比铜冶炼烟尘金属分离与回收方法，包括碳热还原法、硫酸浸出法、碱性浸出法和湿法-火法联合工艺，总结各方法的原理、典型工艺、现状和存在问题，阐述非常规冶金方法在铜冶炼烟尘金属分离中的应用，展望铜冶炼烟尘资源回收的发展方向。研究结果表明:铜冶炼烟尘中砷、铜、锌含量受冶炼工艺、原矿品质的影响，不同元素赋存形态存在差异。碳热还原法可以通过金属砷酸盐和氧化物分解的方式释放砷，从而实现砷与其他有价金属的分离;硫酸浸出法可以高效浸提铜冶炼烟尘中的金属，实现多元素的回收;碱性浸出法可选择性浸提砷;湿法-火法联合工艺结合了火法工艺选择性分离砷和湿法工艺高效提取金属的优点，对于复杂高砷铜冶炼烟尘处理具有优势。铜冶炼烟尘兼具资源属性和环境风险，实现清洁生产及多金属资源化利用仍是关键，砷的无害化处置与锌、铜、铅等有价金属的高效协同回收工艺及分离机制、全过程物质流与环境效应是铜冶炼烟尘资源回收的发展方向。

    铜冶炼烟尘资源回收火法湿法

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    镧、锆改性氢氧化铝在硫酸锌电解液中的除氟性能

    张自恒梁李斯弥晗马洪月...
    895-906页
    查看更多>>摘要：针对目前工业吸附剂除氟效果差、吸附容量低等问题，通过共沉淀法制备出了一种介孔Al-La-Zr复合吸附材料有效地去除硫酸锌溶液中的氟离子。首先，探究了掺杂金属的种类及比例对除氟率的影响，获得了制备最佳掺杂比例;其次，采用BET、XRD、SEM等手段对吸附剂进行了表征，了解吸附剂的主要物相、比表面积和形貌;再次，研究了吸附剂用量、吸附温度、接触时间和pH对吸附效率及吸附容量的影响，明确了工艺优化条件;最后，对吸附过程进行动力学和热力学分析，并结合吸附前后吸附剂的表征结果进一步揭示介孔Al-La-Zr复合吸附剂的吸附机理。研究结果表明:材料的主要物相为Al(OH)3，材料表面具有丰富的孔径结构，这有利于提升材料的比表面积(127。16 m2/g)，增加吸附容量;当吸附温度为30℃，pH为4。7，吸附时间为3 h，吸附剂用量为5 g/L时，吸附平衡脱氟效率为78。32%，平衡容量为15。66 mg/g;吸附过程符合拟二阶动力学模型，线性Freundlich可以很好描述吸附等温线，吸附过程为自发放热过程。吸附机理涉及离子交换、静电吸附以及金属对氟的络合作用。

    氟化物吸附作用硫酸锌溶液复合吸附剂

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    碳纳米纤维调控粉煤灰基地质聚合物力学/传感性能优化

    范兴昊刘叶帆张国昊欧阳静...
    907-917页
    查看更多>>摘要：采用物理混合法向粉煤灰基地质聚合物中加入碳纳米纤维(CNF)，制备不同CNF质量分数(0～2。0%)的粉煤灰基地质聚合物复合材料。通过对粉煤灰基地质聚合物复合材料微结构、力学性能、电学性能及传感性能进行研究，揭示CNF调控粉煤灰基地质聚合物力学与传感性能的具体演变规律，并对CNF质量分数为0。5%的复合材料进行循环稳定性实验及方差稳定性量化分析。研究结果表明:当CNF添加量增加时，粉煤灰基地质聚合物的弹性模量和抗弯强度皆显著提升;当CNF质量分数为0。5%和2。0%时，复合材料的弹性模量分别提升到1。35 MPa和0。23 MPa，抗弯强度分别提升到3。9 MPa和0。32 MPa;此外，随CNF质量分数增加，复合材料的电阻率随之降低，当CNF质量分数达到2。0%时，复合材料的电阻率降低到46 Ω·m，CNF的添加有利于粉煤灰基地质聚合物导电能力提升;在单向加压实验条件下，当CNF质量分数为0。5%、1。0%和2。0%时，复合材料的传感灵敏度分别为71。56、57。33与25。58，随着CNF的加入量不断增大，粉煤灰基地质聚合物的传感灵敏度先增后减，通过实验判断CNF质量分数阈值可能为0～0。5%。在CNF质量分数为0。5%的条件下，复合材料传感性能相对比较稳定。

    地质聚合物碳纳米纤维传感性能健康监测

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    锌铝合金熔融三维直写成形尺寸建模与组织分析

    戎文娟单忠德王宝雨王佳琳...
    918-927页
    查看更多>>摘要：为了实现金属熔融三维直写工艺过程的控形控性，开展锌铝合金熔融三维直写成形尺寸建模与组织分析研究。首先，以锌铝合金熔融直写的最小控制单元单道成形为研究对象，采用多元非线性回归方法拟合成形道宽，将成形特征参数w作为响应变量，D和H作为预测变量，进行回归分析;其次，建立不同工艺参数下单道成形尺寸参数模型，并对模型进行拟合度校验;最后，对单道成形流固耦合过程进行数值模拟，分析典型凝固组织，通过引入熔融直写成形重熔预备时间tr，预测计算成形中层间结合效果好的工艺参数。研究结果表明:在单道成形道宽预测模型中，喷嘴直径D是影响成形道宽的第一要素，其次是喷嘴距成形底板高度H;当成形轨迹宽度近似等于凝固层宽度时，这是成形下一层的最佳时间。

    金属熔融直写金属增材制造3D打印尺寸建模微观组织

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    基于低阶模型的含压力补偿比例阀控系统平稳控制

    贾连辉魏齐陶建峰郑永光...
    928-938页
    查看更多>>摘要：液压工程机械负载变化大、受到控制器计算性能限制，常导致运动控制出现强烈冲击和精度降低等问题，为此提出一种基于低阶模型的含压力补偿比例阀控系统平稳控制方法。首先，证明了含压力补偿比例阀控系统可近似为线性系统，提出一种低阶建模方法，利用分段线性随机系统作为原系统的全局近似，并定量给出分段线性随即系统的协方差矩阵;其次，在所提出的建模方法基础上，设计了稳态卡尔曼速度观测器，提出基于速度观测的双回路控制器，利用精确的观测速度与速度内环控制提高系统阻尼，达到抑制振荡的目的;最后，在盾构管片拼装机举重臂上开展实验验证，实验包括AMESim与Simulink联合仿真实验和PLC控制的实机应用实验。研究结果表明:所提出的低阶建模方法在常见阀参数下与精确模型的精度相对误差不超过3%，所提出的控制方法在低算力控制器上实现了阶跃位置目标轨迹的低冲击、高精度控制，显著增加了系统阻尼，获得了更平滑的速度曲线，减小了稳态误差，力冲击峰值减少21。6 kN，振幅降低约39%，具有较高的工程应用价值。

    工程机械压力补偿平衡阀运动控制振动抑制

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    基于正交切削逆识别井下管柱的Johnson-Cook本构模型

    祝效华周博文敬俊叶文勇...
    939-950页
    查看更多>>摘要：在有限元仿真金属切削过程中，本构模型是仿真的基础，目前井下生产管柱J55油管材料的本构模型参数尚不明确，为此，提出一种基于正交切削理论逆识别油管材料Johnson-Cook(J-C)本构模型参数的方法。首先，通过准静态拉伸试验得到油管材料的应力-应变曲线，根据曲线拟合确定J55油管的初始屈服强度A、应变硬化系数B和应变硬化因子n;其次，通过正交切削试验获得切削力以及进给力，根据正交切削试验和平行剪切区模型，计算正交切削过程主剪切区中的流动应力、应变、应变率以及切削温度，并将这些参数与计算出的A、B、n代入J-C模型中，得到多组应变率敏感性参数C以及热软化效应参数m，从而确定其约束范围;第三，采用自适应权重粒子群算法在约束范围中搜索出参数C和m的最优值，进而确定J55油管材料本构模型参数;最后，使用逆识别法得出的J-C本构模型进行有限元仿真，将仿真结果与试验结果进行了对比。研究结果表明:与试验相比，有限元仿真的切削力和进给力最大相对误差分别为14。4%和13。64%，有限元仿真模拟温度与实际测量温度的最大相对误差为10。57%，仿真模型和实际切削过程在切屑形态上表现出了一致规律，验证了逆识别方法可行性和本构模型的可靠性。

    J55油管本构模型逆向识别正交切削有限元仿真

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    新型双盘磁齿整流发电机结构及运行特性

    常智斌刘欣
    951-962页
    查看更多>>摘要：为了实现波浪能的采集与高效转换，加快波浪能开发利用，提出一种新型双盘磁齿整流发电机(double disk magnetic tooth rectifier generator，DDMTRG)。首先，介绍发电机的结构特点和整流原理，结合盘式转子和磁齿轮工作特点分析其结构参数;其次，采用气隙比磁导法及有限元仿真分析该发电机的空载电磁特性和负载输出特性;第三，基于矩角特性分析磁齿轮的带载能力，由外定子各典型位置磁密特征解析该发电机铜耗和铁耗;最后，讨论外定子、盘式转子和磁齿轮结构参数对该发电机运行特性的影响规律。研究结果表明:该电机可将浮子的上下浮动转换为发电机单一方向的旋转运动，实现了波浪运动的整流，效率在94%左右，能量利用率较高;空载气隙磁密和电动势波形正弦性较优，计算结果基本吻合;磁齿轮结构参数对该发电机运行特性影响较大，当盘式转子外圆周永磁体极弧系数为0。6，厚度为4。5 mm，气隙长度为0。5 mm，轴向长度为100 mm，磁齿轮半径为35 mm，长度为40 mm，磁齿轮外圆周永磁体厚度为4 mm，极弧系数为0。8时，双盘磁齿整流发电机的性能较优，发电效率较高，磁齿轮带载能力较强。

    波浪能双盘发电机磁齿整流运行特性矩角特性效率

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